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C6132A型车床的自动安全保护装置的设计【7张CAD图纸+毕业答辩论文】

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C6132A型车床的自动安全保护装置的设计

0-C6132A型车床的自动安全保护装置的设计

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01垫块-A3.dwg

02垫片-A3.dwg

03套筒-A3.dwg

04箱体-A3.dwg

05套筒与箱体焊接-A3.dwg

06外壳焊接体-A3.dwg

07装配图-A3.dwg

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关键词：: c6132a 车床自动安全保护装置设计全套 cad 图纸毕业答辩论文

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摘要

针对车加工实习中易发生事故的原因，设计了一种车床用安全保护装，介绍了该装置的结构及原理。此装置主要是由金属套筒、箱体和外购开关组成的。各个组成的选材、加工对装置的成本有很大影响。本文对保护装置的的各个部分的选材，加工工艺做出分析，力求降低成本。同时，对装置的安装、动作执行等方面作了深入的可行性分析。传统车床的自动安全保护装置主要是为了避免学生在装卸完工件后，忘了把卡盘扳手取下而开动机床造成安全事故。适合安装于培训车工用车床上，尤其更适合安装在高校车加工实习用车床上。

关键词：车床安全保护装置行程开关

Abstract

Process the reason of the accident incident while practising to the car , has designed a kind of lathe to be installed by safe protection, have introduced structure and principle of this device . This device mainly and purchased the switch and made up outside by the metal collet , body of case. The ones that make up select suitable materials , process and have influence greatly on the cost of the device one by one. This text each part in protector select suitable materials, preparation method make analysis, make every effort to lower costs . Meanwhile, installation , movement person who carry out respect in device act as deep feasibility analyze. Traditional automatic safe protector of lathe for prevent student from in behind the work piece of finishing loading and unloading mainly, forget , take chuck spanner off , start lathe lead to the fact the incident. Suitable for , install , on train lathe work spend lathe , suitable for , install in high school bus processing , practising , spending lathing especially.

Key word: switch 　Lathe safekeeping　 installment limit 目录

前言3

正文5

1.安全保护装置方案的评估与论证5

1.1 C6132A型车床5

1.2 总体方案6

1.2.1 问题的提出6

1.2.2 C6132A型车床电路控制线路7

1.2.3 方案的提出10

1.2.4 方案的比较12

1.2.5 方案的选择与确定13

1.3 总体分析13

1.3.1保护装置的可行性分析13

1.3.2保护装置的成本分析15

1.3.3工艺分析16

2. 安全保护装置的具体设计18

2.1保护装置的电路设计18

2.2保护装置的机械设计20

2.2.1 开关的选择及确定20

2.2.2装置的材料及加工工艺25

2.3保护装置的总装设计27

2.3.1保护装置的组装28

2.3.2保护装置的安装28

3.机床自动安全系统的发展29

3.1红外检测技术原理及应用30

3.2数控技术的发展31

4.总结32

致谢:34

参考文献:35

附件：36

前言

在现代工业生产中，机床在所有生产设备中的地位无疑是般为举足轻重的,而车床是使用最广泛的。在机床发挥极大作用的同时，由于技术设计上的考虑不当，在使用过程中也常常会造成生产事故.轻则影响到生产，重则导致人身伤亡。如何在合理发挥机床作用的同时，最大程度的减少生产事故的发生，应该是所有机床设计人员义不容辞的责任。

进工实习是每个理工科学生的必修课, 学生实习的主要工种有车，钳，铣，铇，磨电气焊、锻压、铸造、热处理等。使用主要设备有普通车床，立、卧式铣床，平面及外圆磨床，钻床，锻压设备等，由于刚刚接触，特别是普通车床，运转速度高，而绝大部分机床不具备自动保护停车(热继电器除外)装置，加上学生对设备安全运行知识了解不多。操作又不很熟练，在车工实习过程中，扳手飞出，刀架上车头(刀回架与运转中的卡盘相碰)的现象时有发胜。因此在机床的设计和制造过程中，必须充分考虑到安全保护技术的重要性。事实上.在世界上机床制造水平先进的国家，如德国、瑞士、日本、美国和意大利等，他们生产的机床都有很全面的安全保护措施，而我国的机床制造厂商在这方面要远远落后于这些欧美发达国家。随着中国加入WTO，欧美厂商对中国市场将会越来越重视，国内的机床制造厂商也将面临越来越多的机遇和挑战，在设计和生产中全面采取安全保护措施已经势在必行。

传统车床在金工实习的教学工作中有有着十分重要的意义，由于学生很少接触，在刚开始金工实习的时候对机床的性能不熟悉，常常操作失误，造成事故。为了防止新上岗的车工及高校学生在车工教学培训中发生安全事故，我们设计了一种在车床上使用的安全防护装置。该装置可有效防止部分学生在装卸完工件后忘记取下卡盘扳手就启动车床,导致扳手在离心力的作用下从卡盘上飞出，造成事故。因此该论文主要设计了一个接入车床的电路中在扳手的作用下才能启动的安全保护装置。即扳手不从卡盘上取下来，车床不能启动，经过实践论证,该系统安全可靠，安装维护方便快捷，在整个教育系统的金工实习基地得到了广泛的应用。

本文主要工作:

(1)搜集资料、了解国内外发展新动向、进行课题、时示性分析。

(2)对技改方案进行论证与评估。

(3)确定总体方案。

(4) 对保护装置进行了电路设计、机械设计、总装设计之后，并对其进行了成本分析、工艺分析，使用的可行性进行了论证。

(5)总结规律，找出该课题存在的不足并提出改进意见。

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内容简介：: 成都理工大学学生撰文专用纸车床的自动安全保护装置的设计学生姓名：仝锡龙指导老师：朱江摘要针对车加工实习中易发生事故的原因，设计了一种车床用安全保护装，介绍了该装置的结构及原理。此装置主要是由金属套筒、箱体和外购开关组成的。各个组成的选材、加工对装置的成本有很大影响。本文对保护装置的的各个部分的选材，加工工艺做出分析，力求降低成本。同时，对装置的安装、动作执行等方面作了深入的可行性分析。传统车床的自动安全保护装置主要是为了避免学生在装卸完工件后，忘了把卡盘扳手取下而开动机床造成安全事故。适合安装于培训车工用车床上，尤其更适合安装在高校车加工实习用车床上。关键词：车床安全保护装置行程开关 nts成都理工大学学生撰文专用纸 Abstract Process the reason of the accident incident while practising to the car , has designed a kind of lathe to be installed by safe protection, have introduced structure and principle of this device . This device mainly and purchased the switch and made up outside by the metal collet , body of case. The ones that make up select suitable materials , process and have influence greatly on the cost of the device one by one. This text each part in protector select suitable materials, preparation method make analysis, make every effort to lower costs . Meanwhile, installation , movement person who carry out respect in device act as deep feasibility analyze. Traditional automatic safe protector of lathe for prevent stud ent from in behind the work piece of finishing loading and unloading mainly, forget , take chuck spanner off , start lathe lead to the fact the incident. Suitable for , install , on train lathe work spend lathe , suitable for , install in high school bus p rocessing , practising , spending lathing especially. Key word: switch Lathe safekeeping installment limit nts 第 1 页目录前言 . 3 正文 . 5 1.安全保护装置方案的评估与论证 . 5 1.1 C6132A 型车床 . 5 1.2 总体方案 . 6 1.2.1 问题的提出 . 6 1.2.2 C6132A 型车床电路控制线路 . 7 1.2.3 方案的提出 . 10 1.2.4 方案的比较 . 12 1.2.5 方案的选择与确定 . 13 1.3 总体分析 . 13 1.3.1保护装置的可行性分析 . 13 1.3.2保护装置的成本分析 . 15 1.3.3工艺分析 . 16 2. 安全保护装置的具体设计 . 18 2.1 保护装置的电路设计 . 18 2.2 保护装置的机械设计 . 20 nts 第 2 页 2.2.1 开关的选择及确定 . 20 2.2.2装置的材料及加工工艺 . 25 2.3 保护装置的总装设计 . 27 2.3.1保护装置的组装 . 28 2.3.2保护装置的安装 . 28 3.机床自动安全系统的发展 . 29 3.1 红外检测技术原理及应用 . 30 3.2 数控技术的发展 . 31 4.总结 . 32 致谢 :. 34 参考文献 : . 35 附件： . 36 nts 第 3 页前言在现代工业生产中，机床在所有生产设备中的地位无疑是般为举足轻重的 ,而车床是使用最广泛的。在机床发挥极大作用的同时，由于技术设计上的考虑不当，在使用过程中也常常会造成生产事故 .轻则影响到生产，重则导致人身伤亡。如何在合理发挥机床作用的同时，最大程度的减少生产事故的发生，应该是所有机床设计人员义不容辞的责任。进工实习是每个理工科学生的必修课 , 学生实习的主要工种有车，钳，铣，铇，磨电气焊、锻压、铸造、热处理等。使用主要设备有普通车床，立、卧式铣床，平面及外圆磨床，钻床，锻压设备等，由于刚刚接触，特别是普通车床，运转速度高，而绝大部分机床不具备自动保护停车 (热继电器除外 )装置，加上学生对设备安全运行知识了解不多。操作又不很熟练，在车工实习过程中，扳手飞出，刀架上车头 (刀回架与运转中的卡盘相碰 )的现象时有发胜。因此在机床的设计和制造过程中，必须充分考虑到安全保护技术的重要性。事实上 .在世界上机床制造水平先进的国家，如德国、瑞士、日本、美国和意大利等，他们生产的机床都有很全面的安全保护措施，而我国的机床制造厂商在这方面要远远落后于这些欧美发达国家。随着中国加入 WTO，欧美厂商对中国市场将会越来越重视，国内的机床制造厂商也将面临越来越多的机遇和挑战，在设计和生产中全面采取安全保护措施已经势在必行。传统车床在金工实习的教学工作中有有着十分重要的意义，由于学生很少接触，在刚开始金工实习的时候对机床的性能不熟悉，常常操作失误，造成事故。为了防止新上岗的车工及高校学生在车工教学培训中发生安全事故，我们设计了一种在车床上使用的安全防护装置。该装置可有效防止部分学生在装卸完工件后忘记取下卡盘扳手就启动车床 ,导致扳手在离心力的作用下从卡盘上飞出，造成事故。因此该论文主要设计了一个接入车床的电路中在扳手的作用下才能启动的安全保护装置。即扳手不从卡盘上取下来，车床不能启动，经过实践论证 ,该系统安全可靠，安装维护方便快捷，在整个教育系统的金工实习基nts 第 4 页地得到了广泛的应用。本文主要工作 : (1)搜集资料、了解国内外发展新动向、进行课题、时示性分析。 (2)对技改方案进行论证与评估。 (3)确定总体方案。 (4) 对保护装置进行了电路设计、机械设计、总装设计之后，并对其进行了成本分析、工艺分析，使用的可行性进行了论证。 (5)总结规律，找出该课题存在的不足并提出改进意见。 nts 第 5 页正文 1.安全保护装置方案的评估与论证在教育系统的各个高校中，普遍均设有金工实习基地。在这其中就不时的发生因学生的误操作而产生的安全事故。就以我们成都理工大学的金工实习基地而言，我校的金工实习基地在省内的各个高校当中规模居中，各种加工设备都很齐全。因此，在省内的金工实习基地中具有普遍性。我们对近些年来出现的安全事故做了大体的了解，发现了一个普遍出现的安全问题：传统机床在金工实习的教学过程中，学生由于对机床的性能及操作不熟悉，常常产生误操作。为此我们为了防止此类安全事故的发生就提出了为传统机床设计一个自动安全保护装置。而在我校的金工实习基地中， C6132A 是主要的车削加工的传统机床。由于我校实习基地的 C6132A 型车床缺少必要的安全保护措施 ,学生在装卸工件时 ,如果不小心误动机械操作手柄 ,会引起主轴电动机的运行 , 造成设备和学生人身事故 ,为此增加了以行程开关为主的安全保护装置。在下面的我们将以 C6132A 型车床为例，来介绍传统机床的特点，并对C6132A 电路进行合理的改造，对学生的安全起到保护作用。 1.1 C6132A 型车床卧式车床的加工对象，主要是轴类零件和直径不太大的盘类零件。故一般采用卧式布局。为了适应右手操作的习惯，主轴箱布置在左端。而 C6132A 型车床又是卧式车床中应用最广的，在本章中将主要以 C6132A 型车床为例来介绍传统机床。 nts 第 6 页图 1.1 C6132A 型车床 C6132A 型车床主要是有主轴箱（ Handstock）、刀架 (Tool slide)、进给箱(Feedbox)、尾座 (Tailstock)、溜板箱 (Apron) 、床身 (Bed)六大部分组成，C6132A 型车床其外形如上图所示。 1.2 总体方案 1.2.1 问题的提出 C6132A 型车床是我校实习工厂的加工机床 , 每年都担负着学生机加工实习的繁重任务。但是由于安全保护环节欠缺 ,并且参加实习的学生都是第一次参加，对设备的性能不熟悉和操作不熟悉容易发生意外 ,从而导致设备和人身事故。比如：未取下扳手就启动车床导致扳手在离心力下飞出；部分长头发女生不按老师要求戴安全帽；加工过程中刀架与三角卡盘相碰等等都很可能对人身和设备的造成伤害。特别是学生常常忘记取下扳手就启动车床导致扳手在离心力下飞出，造成的这类事故引起了我的注意。因此，我针对学生常常忘记取下扳手就启动车床导致扳手在离心力下飞出，造成的事故 ,并根据学校实习工厂的要求 ,我们对 C6132A 型车床进行了必要的安全技术改造。我们的设计应该是考虑的学生由于初次使用车床，在装夹完工件后忘记取下扳手，就启动车床，在离心力的作用扳手飞出，从而造成事故，因此，我们就应该设计一个装置，提醒学生取下扳手。怎样才能做到这一点呢？我们利用nts 第 7 页扳手去控制一个开关，当这个开关闭和时才能启动车床的电路，有两种控制电路的方法可以实现这一点：控制这个车床的电路和控制主轴电机的电路。所以我们要对 C6132A 车床的控制线路进行分析： 1.2.2 C6132A 型车床电路控制线路图 1.2 C6132A 型车床电路控制线路图下面我们将对该电气控制线路作一简要的分析：（ 1）主电路分析主电路中共有三台电动机。 M1为主轴电动机，带动主轴旋转和刀架作进给运动； M2 为冷却电动机； M3 为刀架快速移动电动机。三相交流电源通过转换开关 QS1引入，主轴电动机 M1 有接触器 KM1 控制启动，热继电器 FR1 为主轴电动机 M1 的过载保护。冷却泵电动机 M2 有接触器 KM2 控制启动，热继电器 FR2 为冷却泵电动机M2的过载保护。接触器 KM3为控制刀架快速移动的电动机 M3 启动用，因快速电动机 M3是nts 第 8 页短期工作，故可不设过载保护。（ 2）控制电路分析控制变压器 TC二次侧输出 110V 电压作为控制回路的电源：（ a）主轴电动机 M1 的控制：按下启动按钮开关 SB2，接触器 KM1 的线圈获电吸合， KM1 主触头闭合，主轴电动机 M1启动。按下蘑菇形停止开关按钮 SB1，电动机停转。（ b）冷却泵电动机 M2 的控制：只能在接触器 KM1获电吸合，主轴电动机M1启动后，合上开关 SA 使接触器 KM2 线圈获电吸合，冷却泵电动机 M2才可能启动。（ c）刀架快速移动电动机的控制：刀架快速移动电动机 M3 的启动是由安装在进给操作手柄顶端的按钮开关 SB3来控制的，它与交流接触器 KM3组成点动控制环节。将操作手柄扳到所需的方向，压下按钮开关 SB2，接触器 KM3 获电吸合，电动机 M3 获电启动，刀架就向指定方向快速移动。经过现场测试 ,并根据测试结果我们绘制了机床电气控制线路原理图 ,如图1.3 所示。 (a)图是改造前的控制线路 ,(b) 图是改造后的控制线路。图 1.3 机床电气原理图 nts 第 9 页图中 SQ1 、 SQ2 是与机械操作手柄联动的行程开关。当操作手柄处于中间(零位 ) 位置 :SQ1 、 SQ2 都不受压 ;当操作手柄处于向上 (正转 ) 位置 : SQ1 受压 ,SQ2 不受压 ;当操作手柄处于向下 (反转 ) 位置 :SQ1 不受压 ,SQ2 受压。其控制线路工作原理如下 : 合上 | 冷却泵电动机启动 |操作手柄必须处于中间 (零位 ) 位置 :中间继电器 KA 自锁，为车削加工作准备 |操作手柄必须处于向上 (正转 ) 位置：受压常开触点闭合，得电主轴电动机正转加工 |操作手柄必须处于向下 (反转 ) 位置：受压常开触点闭合，得电主轴电动机反转加工此机床线路有如下控制特点 : a.主轴电动机 M2 正、反向运行的互换必须经过中间位置 ; b.若线路突然断电 ,待电源恢复后 ,必须重新操作手柄 ,主轴电动机 M2 才能正常运行 ; c.装卸工件时操作手柄必须处于中间 (零位 ) 位置。这样一来就存在这样的问题 : 如果操作员在装卸工件时不小心误动操作手柄 ,就会引起主轴电动机 M2 正、反向运行 ,在离心力的作用下扳手飞出造成设备和人身事故。这就要求我们必须对此机床控制线路进行技术改造 ,即设置一保护装置。 nts 第 10 页 1.2.3 方案的提出通过车床的电路控制分析，利用扳手去控制一个开关，当这个开关闭和时才能启动车床的电路，两种可以控制电路的实现方法如下：（ 1）控制这个车床的电路，即在这个电源开关后加一个保护装置，使装置能够控制这个车床的电路，没有取下扳手放进保护装置的话，整个车床就不能启动。这个方法显然不符合我们的生产实习的，因为每次取、上工件都要使真个车床都停下来，这样就会减短车床的使用寿命，而且增加操作的麻烦。（ 2）控制主轴电机的电路。因为当主轴电机转动时才能使扳手在离心力的作用飞出造成事故，所以我们设计个装置能够控制主轴电机的电路就可以了。怎样才能在避免装卸工件的时不小心按动开关使免主轴电机突然启动呢？我们在装卸工件的时候都要使用的扳手，那么我们设计的保护装置也应该要用到扳手，这样只有一个扳手，就能够避免在做这一件工作的时候，另外一件事发生。增设一保护环节 ,使得此环节在装卸工件时能够断开控制线路 ,使线路不可能工作 ,否则控制线路自动恢复正常 , 基于此种设想 ,所以我们采用行程开关、套筒和装卸工件用的扳手配合完成保护功能。图中 SQ 为保护环节中的开关 ,此线路工作原理如下 : 1.装卸工件后 ,扳手插入套筒 SQ 压合中间继电器 KA 得电自锁为正常的车削加工作准备 ; 2装卸工件时 ,扳手拔出套筒 SQ 自动回恢复 ,中间继电器 KA 不可能得电此时不论机械操作手柄处于何位置 KM1 、 KM2 都不可能得电主轴电动机都不会启动运行从而起到预期的保护作用。由此可见我们选择开关的重要性，即开关的选择决定了整个保护装置。根据对机床线路的测试结果 ,选择的开关必须满足下列要求 : a.可用于短时重复动作 ; nts 第 11 页 b.体积小且动作可靠 ; c.需要一对常开、一对常闭开关 ; d.能够自动复位 ; e.能够承受较大的冲击力 ,且使用寿命长 ; f.适用于交流 380V ,5A 的控制电路。因此，我们设计装置时，主要对开关的选择提出两种方案，使扳手能够通过套筒准确的作用在开关上，（ 1） .根据以上要求我们可以选用 DZ47-1P 型红外线控制开关。当扳手插入套筒后由于重力的作用使开关闭合， SQ 闭合，为正常的车削加工作准备这样就可以启动主轴电机了。当扳手取下后，开关能够自动断开，从而是 SQ断开，主轴电机的电源断开，电机停止工作，就可以用扳手取下工件了。图 1.4 DZ47-1P 红外线开关（ 2） .还可以选择行程限位开关，作用也与先前讨论的基本相同，都是当扳手插入套筒后由于重力的作用使开关闭合， SQ闭合，为正常的车削加工作准备这样就可以启动主轴电机了。当扳手取下后，开关能够自己断开，从而是 SQ断开，主轴电机的电源断开，电机停止工作，就可以用扳手取下工件了。 nts 第 12 页 1.2.4 方案的比较前两种方案外部装置均相同，方案一的中心装置为一红外线开关，方案二的中心装置为一限位开关。在本章节将着重比较两种方案，以确定最终的设计方案。方案一，二在调试中出现的问题很多 ,如 :a1 线路的触点连接不牢 ;b1 套筒与行程开关安装尺寸出现偏差等。这些现象最终得到很好的解决。经过试用 ,反映此装置非常可靠、方便、有效。但是方案二有更多的优点：（ 1）采用接近开关，工作无接触无磨损，使用寿命长，而且控制简单、方便、可靠性好。（ 2）能防止扳手从卡盘上飞出造成的事故。（ 3）是机电一体化的新产品，经济实用，具有推广价值。通过两种方案的介绍，我们看到两种方案各有其优缺点。而且两种装置的外部结构都是相同的，它们的主要不同是由于所选的行程开关不同。针对此种情况，我们将主要通过比较两种行程开关的优缺点来确定最终的设计方案，下面将对此作详细的介绍。红外线开关是一种非接触型的物体检测装置，它的工作原理是当开关被接触时，它的红外线发射器就能发出红外线，当一边的接收器接收到信号后就能控制 SQ 并能给出相应的控制信号去控制继电器或其他电器。行程开关（国外常称为位置传感器）是反映工作机械或运动部件的行程，以发出检测、定位、联锁、保护及控制等命令的主令电器。行程开关包括微动开关、限位开关及接近开关等，前两种是指有触点开关，后一种是指无触点开关。因为有触点开关具有某些突出的优点，所以用途非常广泛，其用量也远大于无触点开关。红外线开关应用可以提高机床设备的可靠性和安全性，但是它初投资要比nts 第 13 页行程开关高一些，接近开关的单价为 20元左右，而行程开关只需 3-5 元。事实上，我们应该看到，机床经过改造后所节省的维修、备件及机场停机待修的费用要远远高于它的初投资。因此，这种改造在经济效益上也是令人满意的。 1.2.5 方案的选择与确定通过比较我们看到两种方案的优缺点，由于行程开关价格便宜，方便可靠，经试用取得了令人满意的效果，故我们最后选定将行程开关中的限位开关作为装置的主要外构件。此设计的总体方案为：设计一个安全装置，可以防止没有取下扳手的情况下，机床无法启动。装置的结构由于只是起到开关的作用，且仅和一个扳手相关联，从成本上考虑只需一个长方体盒体就可以了，安装的位置考虑到方便，就安装在左手边的主轴箱上。整个装置要实现的工作过程：当卡盘扳手放入套筒后，卡盘扳手压在垫块上。垫片通过螺钉固定在箱体上，同时压在开关的触头上。钉固定在箱体的固定位置上。这时候卡盘扳手通过垫片及垫块的作用与开关的活动触头接触，由于扳手的重力作用将开关的活动触头压下，使开关闭合，即进一步说使整个电气控制电路接通，使机床正常工作。以达到我们的设计要求。 1.3 总体分析在这一部分我们主要介绍所设计的装置在各个方面的可行性分析和它在价格方面的分析。 1.3.1 保护装置的可行性分析在这里我们主要从两个方面对装置的可行性进行分析，即装置在安装方面的可行性和装置在执行方面的可行性分析。 nts 第 14 页（ 1）保护装置安装的可行性分析我们所设计的装置主要是为了起到自动安全保护的作用，那么此装置究竟能不能达到设计的目的，很关键的一点就是看它安装到机床上的设计参数是否合理 .在机床添加了自动安全保护装置后，能否使机床正常工作，且不影响工作人员的正常操作。基于这一考虑，我们将对装置在机床上的安装作详细的论述。我们所设计的装置的外形尺寸是非常小巧的，它的大小比例只占到整个机床体积的很小一部分。我们在安装时，考虑到机床的实际情况以及人的操作习惯，决定将装置安装在车床的主轴箱上。我们的装置主要是防止学生在金工实习时，在装卸完工件后，忘了把卡盘扳手从卡盘上取下，而使扳手从车床上飞出，造成安全事故。考虑到这些，我们就要将装置安装在卡盘附近，以便于学生将卡盘扳手放入其中。最好的位置是学生在装卸完工件后，随手就可以触到的位置，由此我们选择了主轴箱是个十分可行的方案。再者，我们考虑到装置与车床的连接是壳体之间的联接，由此我们可以选择在壳体和箱体上开孔，之后用螺钉联接的方案。这样可以极大的使安装空间缩小，并且使联接更加稳定、牢固。装置的具体安装实施已经在前面提到了。经过以上的分析，可以看出传统机床的自动安全保护装置的安装方案在实施过程中是十分可行的。（ 2）保护装置使用的可行性分析我们的装置已经设计完成，那么它究竟能不能按照我们的意愿进行工作呢。那就要看装置的各个组件是不是按照我们的设计所动作了，即部件的执行是否可行，在这一部分我们要对此进行详细论述。我们的整个装置的各个组件是放在一个长方体的箱体中的，且是竖直固定在车床的主轴箱上的。在箱体的最底端放置着垫块，它的作用是支撑开关。开关就安装在垫块之上，并且利用两个对称的螺钉紧紧固定在箱体上。而垫片远离开关的一端利用对称的两个螺钉固定在箱体底面上，而另一端压在开关的活动触头上。因我们选择 LX5-11系列的行程开关，其触头十分灵敏，为保证在只nts 第 15 页有垫片在其上不使开关闭合的条件，我们利用安装在垫片上的两螺钉上的螺母，调节垫片的具体位置，使垫片刚刚触在开关的活动触头上即可。 LX5-11系列的小柱塞式行程开关，适用于交流 50Hz,电压 380V，直流 220V 的控制电路中，作为限制各种机构和行程之用，其使用寿命比较长，适合此保护装置。那么卡盘扳手插入套筒后，由于重力的作用，扳手就压在了垫片上，并且通过垫片将压力传到开关的活动触头上，使开关闭合，电路接通。首先，扳手在插入金属套筒后要不能使扳手卡在套筒中。这在设计套筒时就已经考虑到了，套筒与扳手之间要存在着一定的间隙，保证可以使卡盘扳手可以顺利通过并压在垫片上。其次，垫片不能完全的固定。这在设计垫片时也作了考虑，垫片的一端是可以通过两个螺钉调节的，而另一端是压在开关的活动触头上的。再有，开关的活动触头要足够灵敏而且开关要非常稳定在性能上。这些在设计和选择开关时都已作了详细的说明，在这里就不多说了。经过以上的分析，可以看出传统机床的自动安全保护装置在装置的各个部分动作的执行上也是非常科学的，是可行的。 1.3.2 保护装置的成本分析在这个装置的成本方面我们主要考虑到每个装置的成本都非常低，而且不容易估计。因此，我们可以选择一批装置来分析装置的成本。在下面的计算中，我们统一选取 20， 000 件来计算整个装置的成本。装置的成本我们主要从装置的材料的价格、开关的价格以及各个部分的加工几个方面来考虑的。开关方面，我们选择 LX5-11型限位开关，它的价格 3.00 元 /台，那么我们的开关成本就是 60000 元。套筒的材料我们选择热轧无缝钢管，它的价格为 5000 元 /吨。而我们的套筒的质量大约为 100 克左右，而考虑到我们在加工时可能会浪费一定的材料，因此我们计其质量为 120克。那么，这批装置的质量就为 2400 千克。那么这批nts 第 16 页装置的套筒成本就是 12000 元。箱体及箱盖的材料我们可以选择热轧普碳薄钢板，它的价格为 4000 元 /吨。而我们的箱体的质量大约为 100 克左右。同样的考虑到加工，我们计其质量为120 克。那么，这批装置的质量就为 2400千克。那么我们的箱体及箱盖的成本就为 9600 元。垫片的材料选择普通硬脂塑料，它的价格为 7500元 /吨。垫片的质量为 20克左右，同样考虑加工余量，我们计算其质量为 30克。那么这批装置的质量为600 千克。那么垫片的成本为 4500 元。螺钉的成本共计为 15000 元。我们的装置要经过车削、铣削等加工，我们同样计算它的成本为 80000 元。通过以上的分析计算，我们可以计算出这批装置的总成本为： M=60000+12000+9600+4500+1500+80000=167600 元那么可知每个装置的成本为九元左右。通过以上的分析，我们看到我们所设计的装置可以以很小的成本完成很重要的功能，可以说我们的装置是非常合理的。 1.3.3 工艺分析（ 1）压片的工艺分析由于扳手的中心是空的用来扳动螺母的，如果直接放到触头上有可能与触头接触不到，所以增加了压片，这样只要把扳手插入套筒压片在扳手的重力作用下压下触头的作用。所以它的材料必须要满足一定的强度，有一定的韧性，和抗冲击的能力。它的结构为长 60-70mm 宽 35-45mm 的片。用螺钉固定在装置的底部，保证其安装尺寸，从它到底部的距离为 30-40 mm。此结构合理又经济。nts 第 17 页加工方便形状简单。由 3表常用工程塑料及型才选用不饱和聚酯塑料。它的机械性能良好。耐热耐燃。耐化学试剂，透光，耐气候老化，用于制造电工电器，汽车车身等。材料经济合要求。要把它切割成长为 67mm,宽为 45mm 的块。选用 2普通机床 C6132D 型，刀片选用表 8.2-1 GB5244-85 A312 （ 2）套筒的工艺分析此零件是安全保护装置中的一个主要零件，其功能是用来插放扳手，让扳手放入时能压下安全装置的限位开关的触头。套筒是以限位开关的触头为装配基准安装在安全装置的外壳上的。配以一个螺母用以固定套筒。螺纹用采用车刀车削而成。它无技术要求，视图、尺寸完全正确；选用 HT110 的铁管。此材料对强度无要求，零件铸造应力小，不用人工时效处理，减震性，铸造性能良好。（ 3）装置的外壳的工艺分析用 HT110 的铁板切割并焊接而成。其主要加工尺寸为在上面加工孔。在壳体上加工七个用以用于安装 4mm 的孔，在其下底面加工一 10mm 的孔用与接线用。在壳盖上加工四个 4mm 的孔，用与安装壳盖。选择加工设备及工装设备：切割时选用普通车床 C6132D 型，刀片用 A312 焊接时选用 2焊条 E4322 型。该型接与电源交流直流正反接。工艺性能良好接缝较凸，适用于高速，单道，主要焊接低炭钢薄板。钻孔时选用 Z4012 由 7表 10.1-1 台式钻床，钻头由表 10.2-5 选用直 nts 第 18 页麻花钻 GB1435-85。螺纹攻丝时由 7表 16.2-2 选用 S4006B 型台式钻床。此装置的外壳形状合理加工方便，形状简单，材料经济符合此设计的要求和材料标准规格。 2. 安全保护装置的具体设计在前面的章节中，我们已经选定了本次设计的方案，下面我们将主要对所设计的自动安全保护装置的机械部分、电路控制部分以及总装部分作一详细的介绍。 2.1 保护装置的电路设计我们对 C6132A 型车床进行了必要的安全技术改造。经过现场测试 ,并根据测试结果我们绘制了机床电气控制线路原理图 ,如图 2.1 所示。 (a) 图是改造前的控制线路 ,(b) 图是改造后的控制线路。图 2.1 机床电气原理图图中 SQ1 、 SQ2 是与机械操作手柄联动的行程开关。当操作手柄处于中间(零位 ) 位置 :SQ1 、 SQ2 都不受压 ;当操作手柄处于向上 (正转 ) 位置 : SQ1 受nts 第 19 页压 ,SQ2 不受压 ;当操作手柄处于向下 (反转 ) 位置 :SQ1 不受压 ,SQ2 受压。其控制线路工作原理如下 : 合上 | 冷却泵电动机启动 |操作手柄必须处于中间 (零位 ) 位置 :中间继电器 KA自锁，为车削加工作准备 |操作手柄必须处于向上 (正转 ) 位置：受压常开触点闭合，得电主轴电动机正转加工 |操作手柄必须处于向下 (反转 ) 位置：受压常开触点闭合，得电主轴电动机反转加工此机床线路有如下控制特点 : a.主轴电动机 M2 正、反向运行的互换必须经过中间位置 ; b.若线路突然断电 ,待电源恢复后 ,必须重新操作手柄 ,主轴电动机 M2 才能正常运行 ; c.装卸工件时操作手柄必须处于中间 (零位 ) 位置。从图冲可以看出，改造后的机床控制线路主要是在原来的主控制线路上添加了一个简单的行程限位开关。有了这个开关后我们机床的车削加工就和卡盘扳手联系起来了：在我们装卸完工件后，如果忘了把卡盘扳手从卡盘上取下就开动机床时，这时候限位开关就开始起作用了，这时候限位开关不受压（不闭合）线路处于开路状态，故车床无法正常工作；而相反的，只有把卡盘扳手放在自动安全保护装置的套筒中压下限位开关，这时候整个控制线路才是闭合的，车床才能正常工作。 nts 第 20 页 2.2 保护装置的机械设计 2.2.1 开关的选择及确定由于在生产实习中要经常进行工件的装卸，我们就要求我们选择的行程开关的寿命要长久。一台开关电器的容许操作次数，即寿命，是一个重要的技术指标特别是对于操作频繁的开关电器。例如接触器，这一指标更是评价质量的主要依据。开关电器的寿命指标有两个：机械寿命，是指开关电器不需要修理或不更换机械零件的条件下，能承受的无载操作次数；另一个是电寿命，是在规定的条件下，开关电器不需要修理或更换零件而能承受的负载操作次数。前者主要决定于电器机械结构的牢固程度以及机械零部件的机械强度，后者主要决定一触头的耐磨性。与机械结构相比，触头部分的磨损更为严重，这主要是由于接通和分断过程中触头上产生的电弧造成的侵蚀所致。而影响电弧侵蚀的主要因素有：电流强度、电压、操作频率、接触压力、接头材料和灭弧介质等。而触头材料本身的物理性能、化学性能、电气性能、电接触性能等是影响触头材料耐磨程度的主要因素，即触头材料是决定电触头寿命的关键因素。因此研究触头材料的抗电弧侵蚀能力具有实际意义。为了提高电器的工作可靠性和确定过载能力，有必要研究电器在长期、短时和反复短时工作制下的发冷却过程和过载能力计算。还要研究导电部分在大电流但作用时间极短情况下，电器的发热升温计算，校验导体在短时升温下的可靠程度。电触头是开关电器的关键部件，而触头材料又是制约电触头性能的主要因素。触头材料性能的好坏将直接决定整个电器或系统的使用寿命及运行可靠性。 (a)行程开关简介行程开关（国外常称为位置传感器）是反应工作机械或运动部件的行程，以发出检测、定位、联锁、保护及控制等命令的主令电器。 nts 第 21 页行程开关包括微动开关、限位开关及接近开关，后一种是指无触点开关。因为触点开关具有某些突出的优点，所以用途极为广泛，其用量也远大于无触点开关。有触点开关的主要优点是：（ 1）靠具有一定外力作用的挡铁（挡块），将推杆或滚轮等操作头压制一定的行程或转角才使常开、常闭触头进行转换，因此不易受周围环境条件（如温度，湿度等）变化、电源电压波动及其它机械碰撞等的影响。（ 2）重复定位精度（重复位置误差）较高，有触点开关的重复定位精度是指 10 次测量的读数中，平均与最大值（或最小值）之差不超过规定值。微动开关一般为 0.030.15mm，限位开关一般为 0.10.3mm，新产品有达 0.05mm 的。（ 3）价格比较便宜，微动开关一般一只仅几元钱，限位开关每只约 1535 元。主要缺点是：由于挡铁与推杆或滚轮间，动触头与静触头间有接触，所以有磨损，使操作频率及寿命受到一定限制。无触点开关的主要优点是：（ 1）当动作片处于开关的感应面时，无接触、无压力地发出切断和闭合电路信号，从而无磨损，使操作频率及寿命增高，操作频率可达 550HZ。寿命则取决于构成开关的分立元件、后膜、薄膜以及集成电路等半导体电子元器件的失效期。（ 2）重复定位精度高。无触点开关重复定位精度是指开关在规定的条件下，连续 2 次测得的动作距离之差，其值一般在 0.03mm 左右，有的可达 0.01mm。（ 3）密封性好（一般采用环氧树脂封固），反应速度快等。主要缺点是： nts 第 22 页环境温度变化及电源电压波动会引起动作距离和重复定位精度的变化，价格较有触点开关高（每支价格约 70 元左右）等。 (b)行程开关的选择比较根据以上的所提到的内容，下面将对方案中的具体开关做具体的分析，以便选出最理想的开关。由于我们所选的方案一中的开关为行程开关中的限位开关，下面我们将对行程开关中比较适合本设计的开关做深入的探讨和比较，这其中主要是从开关的外形尺寸及价格因素等方面进行比较。图 2.2 ML-7110 该图为最新的 ML-7120 型行程开关，适用于交流 50Hz,电压 380V，直流 220V的控制电路中，作为限制各种机构和行程之用。每台应该是在 10左右，这种型号的行程开关能够更好的完成工作的要求。 nts 第 23 页图 2.3 LX5 系列行程开关适用范围：适用于交流 50Hz,电压 380V，直流 220V 的控制电路中，作为限制各种机构和行程之用。表 2-2-1 基本参数 (c)行程开关的选择原则及选定对以上提到的各种开关，可以看到每种都有其各自的优缺点，而要最终选定我们所需要的开关就要遵循以下的原则：（ 1）要选择机械寿命高的开关有触点开关的机械寿命是由开关制造厂规定的：挡铁运动速度不大于0.5m/min、操作频率 10002400HZ、操作力（对于微动开关，要求不大于 10倍LX5 系列行程开关产品名称型号规格单位出厂价装箱数小柱塞式 LX5-11 台 3.00 1000 中柱塞式 LX5-11H 台 3.70 800 缓冲柱塞式 LX5-028 台 3.70 800 二节滚轮短杠杆式 LX5-029 台 3.70 800 二节滚轮短杠杆式 LX5-11D 台 3.70 800 滚轮长杆式 LX5-11N 台 3.70 800 防护式 LX5-11Q/1 台 10.00 200 nts 第 24 页的动作力，对于限位开关，如是截止式的作用在滚轮推杆上，或滚轮转臂式的作用在转臂上的力都不大于 5倍的动作力，这些力可停留 1 分钟，当除去外力后，开关应无机械损坏，仍能正常工作，这些是作为合格的考核标准）及一些电气参数等。结合组合机床的具体使用情况，从操作频率看，远小于制造厂的实验数据，而碰压开关的速度却比制造厂规定的都高，有的还高很多。虽然是这样高的速度，开关仍能完成电路的转换。但以具有一定操作力，有用这样高的挡铁运动速度碰压开关，并且有的开关不工作时被压时间远远大于制造厂规定的停留 1 分钟的实验条件，这样经长期工作对开关的传动机构会有很大不利。综上所述，设计时应选用机械寿命高的开关，以延长使用期限。（ 2）要选择性价比高的开关开关的价格是选择开关的主要因素，但是不是说只要是价格低的开关就是我们所要选择的开关。在选择开关时我们要考虑所给开关它的性能参数与所给的价格的比值，根据这一参数来选择。如果一个开关它的价格很低，我们只是考虑到降低成本就选择，而不去考虑开关的相关的技术参数那就有可能出现我们所选的开关不能达到我们的要求的，即不能达到我们的设计目的，这样我们的设计就没有意义了。相反的如果一个开关的各项技术参数都非常好，并且比我们设计的要求要好，那我们去选择这样的开关也是不可取的。因为这样的开关一般价格就比较高，我们要是用了这种开关那我们的设计成本无形当中就提高了很多，这样就会使我们的产品不能得到广泛的推广。综上所述，我们在选择开关时应该选择性价比高的开关，以便我们的开关能够得到广泛的推广利用，达到设计的要求。（ 3）要选择外形尺寸合适的开关开关的外形也是选择开关的一个因素，但是不是决定因素。开关的外形将会影响到我们所设计的装置的外观，考虑到产品外观的美观及所使用的实际环境，我们要是所选的开关能够符合我们的外观要求。比如，我们所要设计的装置是一个比较小的装置，如果我们所选择的开关外形尺寸很大，那我们的装置就要相应的变大，将会占用很大的空间，而我们的装置是安装在车床的主轴箱nts 第 25 页上的，如果太大将不利于加工的操作。综上所述，我们在选择开关时要选择外观尺寸合适的开关，以达到我们的设计要求。综合考虑以上的各种因素，我们最后选定了行程开关中的 LX5-11 型开关。LX5-11 型开关外形小巧，质量稳定，价格适中，寿命长，完全符合设计要求。压头弹簧动触头静触头2.4 LX5-11 行程开关电器原理图 2.2.2 装置的材料及加工工艺（ a）装置各个部分的作用整个装置是安装在 C6132A 型车床上用来避免发生安全事故的。这其中的主要部分是一个外购件 -限位开关，它是保证装置可以达到自动安全保护目的的主要装置。套筒是将扳手顺利压在限位开关上的连接装置。而整个箱体是保证整个装置固定在车床上的。（ b）确定装置的生产类型已知装置的要求满足年产量 20， 000 件，而装置的质量不足 1Kg,故可确定其生产类型为大批量生产。故初步确定工艺安排的基本倾向为：加工过程划分nts 第 26 页阶段；工艺适当集中；加工设备以通用设备为主；大量采用专用公装。 (c)装置各个部分的机械加工工艺过程设计套筒的设计套筒主要是保证卡盘扳手能够顺利与垫片接触的圆筒状的连接装置。其没有特别的工艺要求 ,也不要求和与卡盘扳手有很好的配合，只要能使卡盘扳手能够顺利通过即可，即它们之间有一定的间隙。考虑到其无明显的技术要求和表面粗糙度的要求，我们可以直接选择壁厚为 1-2mm 的钢管即可，这其中只要要求钢管的内径要在 30mm 左右，其选材可以为比较通用的 H110 钢管。在加工时考虑到其为轴套类零件，我们在加工时主要选择钢管的两端中心孔为只要的定位基准。要加工为我们所要求的尺寸时，我们主要是选择车削加工为主。我们首先将其车为长度为 35mm的短钢管为待加工料，把两端面车平台即可。那么，套筒的加工工艺路线设计为：下料 -车两端面。箱体及箱盖的设计箱体及箱盖的作用主要是使装置的各个组件可以放在其中，并使整个装置安装在车床的主轴箱上。其表面无特别的粗糙度要求，我们可以直接选择厚度为 1mm 的铁片或普通钢片为待加工料。整个箱体及箱盖主要的加工表面是端面及在表面铰孔、钻孔及攻丝。我们可以确定其机械加工工艺路线为：车各个端面钻箱体上表面 28 孔铰箱体下表面 5 孔铰箱体下表

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